人乳头瘤病毒(Human papillomavirus:HPV)是一类非包膜的双链DNA(ds DNA)病毒,能够侵染人体正常的皮肤和粘膜组织。HPV的感染将引起的皮肤、口腔、舌、扁桃体、咽喉、生殖器的良性或恶性病变,其中良性病变包括扁平疣、湿疣等,恶性病变则包括头颈癌、咽喉癌、宫颈癌、肛门癌等。据世界卫生组织调查,截止到2012年全球有1亿6千万宫颈癌临床病例,同年新增病例为52.8万并导致26.6万人的死亡,而我国每年有13万左右的新增病例,并有持续增长的趋势。通过对HPV导致宫颈上皮内瘤样病变(Cervical intraepithelial neoplasia:CIN)等级评估,采用电灼、激光、微波、冷冻、子宫颈电环切除术等方法,同时结合多种抗病毒药物(如重组人干扰素、阿普洛韦、白介素等)可进一步巩固治疗效果。但是由HPV引发的疾病难以有效控制,复发率较高,极大的增加了恶性肿瘤的发生几率。因此,对高危型HPV感染的预防成为人们关注的重点,其中最主要的手段为预防性疫苗的接种,可使接种者获得对HPV的预防能力。研究表明,由于HPV的中和抗原表位主要存在于主要衣壳蛋白L1的表面。因此,HPV类病毒颗粒(Virus-like particle:VLPs)可作为开展预防性疫苗研发的平台。到目前为止,已有三种获得美国食品药品监督管理局(U.S.Food and Drug Administration:FDA)许可的VLPs疫苗上市。虽然,HPV预防性疫苗并没有显著的宫颈癌治疗功能,而且其亚型限制以及高昂售价使得此类疫苗的推广、普及受到限制,尤其在宫颈癌高发的发展中国家中;但是,迄今为止预防性疫苗是预防高危型HPV感染的最为有效的药物并具有推广的可能性。因此,降低预防性疫苗的亚型限制以及有效的降低其生产成本是急需解决的问题。本论文的第一章我们对HPV的组成、生命周期、诱发的疾病、致病机理、筛查的手段、治疗方法、预防方法以及局限性进行了阐述,描述了热激蛋白的功能、作用机理以及在蛋白质折叠、可溶性表达的重要性,描述了HPV L1晶体结构以及helix 5对L1五聚体稳定性以及可溶性的影响,最后阐述本论文的立论依据以及研究意义。本论文的第二章为了解决HPV主要衣壳蛋白在大肠杆菌中可溶性表达量低的问题,我们通过构建与分子伴侣的共表达系统实现L1可溶性表达量的提升。在本章节中,主要衣壳蛋白以融合蛋白GST-L1的方式表达,以大肠杆菌为宿主分别与Gro EL/ES、Dna K/Dna J/Grp E或TF构建共表达系统。通过研究发现,在大肠杆菌中过量表达Gro EL/ES是增加GST-L1可溶性表达的主要因素。随着GST-L1可溶性表达量的提升,L1五聚体的产率也随之得到了明显的提升。同时,Gro EL/ES的过表达有效的提高了细胞的生长速率。在共表达系统中,由于Gro EL/ES的过量表达使得大量的GST-L1与其结合影响了L1的纯化以及五聚体的产率。因此,ATP与Mg Cl2引入纯化过程促进了GST-L1的释放,并提升了其与亲和层析柱的集合效率并最终促进了L1五聚体产率。通过对表达以及纯化条件的优化,使得HPV16、18、58 L1五聚体的产率得到明显的提升,分别是对照组的5、3以及2倍。重组HPV主要衣壳蛋白L1在大肠杆菌中的表达量的提升,为HPV预防性疫苗生产工艺的优化提供一种新方法。本论文的第三章我们基于HPV16 L1α螺旋5(helix5:h5)469位Leu残基(L469)的突变提升了L1五聚体的可溶性产率的现象,认为此位点与主要衣壳蛋白的自身稳定性相关。因此,将469位的Leu分别突变为Ala(A)、Gly(G)、Ser(S)、Lys(K)以观察L1五聚体可溶性产量的变化情况,并通过对突变体二级结构以及空间构象的分析探究影响L1五聚体可溶性产率的机制。同时,利用分子动力学模拟的手段对突变体的空间构象模型进行建立与分析,并对突变体中与h5相邻二级结构的变化进行分析,发现L469A中h5自身的螺旋以及空间上相邻的β折叠结构的变化使得L1的核心结构域更为紧密,同时有利于L1的稳定性以及表面亲水残基的暴露;而且L469A中h5柔性的增加影响了自身表面电荷的分布,有利于与界面残基的静电相互作用。这一系列变化有助于稳定L1的空间构象,同时促进了五聚体的形成与结构稳定性。